(57)【要約】【課題】トンネル磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子において、ＭＲ比を大きくし且つ自由層の保磁力を小さくする。【解決手段】ＭＲ素子５の製造方法は、下地層２１の上に磁化固定層２２を形成する工程と、磁化固定層２２の上にトンネルバリア層２３を形成する工程と、トンネルバリア層２３の上に自由層２４を形成する工程とを備えている。磁化固定層２２を形成する工程は、基板１の温度を０℃以上とした状態で磁化固定層２２を形成する。自由層２４を形成する工程は、基板１の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態で自由層２４を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対側を向く２つの面を有するトンネルバリア層と、
前記トンネルバリア層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層と、
前記トンネルバリア層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された磁化固定層とを備えた磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
基板に対して、前記磁化固定層を形成する工程と、
前記磁化固定層の上に前記トンネルバリア層を形成する工程と、
前記トンネルバリア層の上に前記自由層を形成する工程とを備え、
前記磁化固定層を形成する工程は、前記基板の温度を０℃以上とした状態で前記磁化固定層を形成し、前記自由層を形成する工程は、前記基板の温度が０℃以下であって、且つ前記磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態で前記自由層を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記自由層を形成する工程において、前記基板は、−７３℃以下の温度になるように冷却された状態になっていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記トンネルバリア層を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、前記基板の温度が０℃以下であって、且つ前記磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態になっていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記トンネルバリア層を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、前記基板は、−７３℃以下の温度になるように冷却された状態になっていることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記トンネルバリア層を形成する工程は、前記磁化固定層の上に非磁性金属材料よりなる層を形成する工程と、前記非磁性金属材料よりなる層を酸化させて前記トンネルバリア層とする工程とを含み、少なくとも、前記非磁性金属材料よりなる層を形成する工程では、前記基板が冷却された状態になっていることを特徴とする請求項３または４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
前記トンネルバリア層を形成する工程は、前記磁化固定層の上に非磁性金属材料の酸化物よりなる層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】
前記磁化固定層は、反強磁性層と、この反強磁性層の上に配置され、前記トンネルバリア層に接する強磁性層とを含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。最近では、面記録密度の更なる向上に対応するために、ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が進められている。
【０００５】
ＴＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有するトンネルバリア層と、このトンネルバリア層の一方の面に隣接するように配置された自由層と、トンネルバリア層の他方の面に隣接するように配置されたピンド層と、このピンド層におけるトンネルバリア層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。トンネルバリア層は、トンネル効果によりスピンを保存した状態で電子が通過できる非磁性絶縁層である。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。ピンド層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、ピンド層との交換結合により、ピンド層における磁化の方向を固定する層である。
【０００６】
ＴＭＲ素子では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層の磁化の方向が変化し、これにより、自由層の磁化の方向とピンド層の磁化の方向との間の相対角度が変化する。この相対角度が変化すると、スピンを保存した状態で電子がトンネルバリア層を通過する確率が変化し、その結果、ＴＭＲ素子の抵抗値が変化する。そして、このＴＭＲ素子の抵抗値の変化を検出することにより、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【０００７】
ＴＭＲ素子の特性としては、特に、抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比と記す。）が大きいことと、外部磁界変化に対する磁気抵抗変化の比率である磁界感度が大きいことが求められる。磁界感度を向上させるには、自由層の保磁力を小さくすることが有効である。
【０００８】
ＴＭＲ素子の特性を向上させるためのＴＭＲ素子の製造方法に関する技術は、種々提案されている。例えば、特許文献１には、自由層を形成する工程、トンネルバリア層を形成する工程およびピンド層を形成する工程のうち、トンネルバリア層を形成する工程においてのみ基板を冷却する技術が記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、２００Ｋ以下の温度に冷却された基板の上に、ＴＭＲ素子を構成する全ての層を形成する技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、基板上に電極層、第一強磁性層、トンネルバリア層および第二強磁性層が順次積層された構造を有するＴＭＲ素子の製造方法において、基板の温度を−１００℃以下に保ちつつ電極層を形成する技術が記載されている。特許文献３には、更に、基板の温度を−１００℃以下に保ちつつトンネルバリア層を形成してもよい旨が記載されている。また、特許文献３には、基板の温度を−１００℃以下に保った状態で、ＴＭＲ素子を構成する全ての層を形成してもよい旨が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２０３４０８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１７６０号公報
【特許文献３】特開２００３−６９１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１ないし３は、いずれも、少なくともトンネルバリア層を形成する工程において基板を冷却することを開示している。このように、基板を冷却した状態でトンネルバリア層を形成することにより、トンネルバリア層の平滑性が向上し、これにより、ＴＭＲ素子の特性の向上が期待できる。しかしながら、後で示す本発明者の実験から、基板を冷却した状態で、ＴＭＲ素子を構成する全ての層を形成すると、トンネルバリア層を形成する工程においてのみ基板を冷却した場合に比べて、ＭＲ比が低下することが分かった。また、この実験から、ＴＭＲ素子の特性をより向上させることのできる方法があることが分かった。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、トンネル磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子において、ＭＲ比を大きくし且つ自由層の保磁力を小さくすることのできる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造される磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く２つの面を有するトンネルバリア層と、トンネルバリア層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層と、トンネルバリア層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された磁化固定層とを備えている。
【００１５】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板に対して、磁化固定層を形成する工程と、磁化固定層の上にトンネルバリア層を形成する工程と、トンネルバリア層の上に自由層を形成する工程とを備えている。磁化固定層を形成する工程は、基板の温度を０℃以上とした状態で磁化固定層を形成し、自由層を形成する工程は、基板の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態で自由層を形成する。自由層を形成する工程において、基板は、−７３℃以下の温度になるように冷却された状態になっていてもよい。
【００１６】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、トンネルバリア層を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態になっていてもよい。トンネルバリア層を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板は、−７３℃以下の温度になるように冷却された状態になっていてもよい。
【００１７】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、トンネルバリア層を形成する工程は、磁化固定層の上に非磁性金属材料よりなる層を形成する工程と、非磁性金属材料よりなる層を酸化させてトンネルバリア層とする工程とを含み、少なくとも、非磁性金属材料よりなる層を形成する工程では、基板が冷却された状態になっていてもよい。あるいは、トンネルバリア層を形成する工程は、磁化固定層の上に非磁性金属材料の酸化物よりなる層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、磁化固定層は、反強磁性層と、この反強磁性層の上に配置され、トンネルバリア層に接する強磁性層とを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、磁化固定層を形成する工程は、基板の温度を０℃以上とした状態で磁化固定層を形成し、自由層を形成する工程は、基板の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態で自由層を形成する。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子のＭＲ比を大きくし且つ磁気抵抗効果素子における自由層の保磁力を小さくすることが可能になるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、トンネルバリア層を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層を形成する工程における基板の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板が冷却された状態になっている場合には、トンネルバリア層の平滑性を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法が適用される薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の一例について説明する。図２は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図、図３は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
【００２２】
本例の薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば０．１〜５μｍの厚みに形成する。次に、絶縁層２の上に、めっき法等によって、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の第１のシールド層３を、所定のパターンに形成する。次に、図示しないが、全体に、例えばアルミナよりなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）によって、第１のシールド層３が露出するまで絶縁層を研磨して、第１のシールド層３および絶縁層の上面を平坦化する。
【００２３】
次に、第１のシールド層３の上に、再生用のＭＲ素子５と、このＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置される２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置される絶縁層７とを形成する。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。
【００２４】
次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料よりなる再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えばめっき法またはスパッタ法によって形成される。次に、第２のシールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、磁性材料よりなる、記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の代わりに、下部磁極層を兼ねた第２のシールド層を設けてもよい。
【００２５】
次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
【００２６】
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
【００２７】
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００２８】
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
【００２９】
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
【００３０】
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、下部磁極層１９に磁気的に連結される部分を構成する。
【００３１】
次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
【００３２】
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えばＣＭＰによって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【００３３】
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
【００３４】
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００３５】
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。
【００３６】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００３７】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面としてのエアベアリング面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。
【００３８】
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が大きくなり始める位置までの長さ（高さ）をいう。
【００３９】
以下、図２および図３に示した薄膜磁気ヘッドを含むスライダ、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図４を参照して、スライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。磁気ディスクが図４におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図４におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図４における左下の端部）の近傍には、図２および図３に示した構成の薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００４０】
次に、図５を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００４１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００４２】
図５は、ヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００４３】
次に、図６および図７を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と磁気ディスク装置について説明する。図６は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図７は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。各磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。
【００４４】
この磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド１００は、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００４５】
次に、図１を参照して、本実施の形態における再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。図１に示したように、再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置されたＭＲ素子５とを備えている。ＭＲ素子５および第２のシールド層８は第１のシールド層３に積層されている。
【００４６】
再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁層７とを備えている。バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。絶縁層７は、絶縁膜７ａ，７ｂを有している。絶縁膜７ａは、第１のシールド層３およびＭＲ素子５と、バイアス磁界印加層６との間に介在して、これらの間を絶縁する。絶縁膜７ｂは、バイアス磁界印加層６と第２のシールド層８との間に介在して、これらの間を絶縁する。
【００４７】
ＭＲ素子５は、トンネル磁気抵抗効果を用いるＴＭＲ素子である。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。第１および第２のシールド層３，８は、ＭＲ素子５に磁気的信号検出用の電流であるセンス電流を流すために用いられる。センス電流は、ＭＲ素子５を構成する各膜の面に対して垂直な方向に流れる。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００４８】
ＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面を有するトンネルバリア層２３と、トンネルバリア層２３における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層２４と、トンネルバリア層２３の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定された磁化固定層２２とを備えている。本実施の形態では、磁化固定層２２と自由層２４のうち、磁化固定層２２の方が第１のシールド層３に近い位置に配置されている。磁化固定層２２は、反強磁性層３１と、この反強磁性層３１の上に配置され、トンネルバリア層２３に接する強磁性層３２とを含んでいる。ＭＲ素子５は、更に、第１のシールド層３と反強磁性層３１との間に配置された下地層２１と、自由層２４と第２のシールド層８との間に配置された保護層２５とを備えている。このＭＲ素子５では、第１のシールド層３の上に、下地層２１、反強磁性層３１、強磁性層３２、トンネルバリア層２３、自由層２４および保護層２５が順に積層されている。
【００４９】
反強磁性層３１は、強磁性層３２との交換結合により、強磁性層３２における磁化の方向を固定する層である。下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層３１と強磁性層３２との交換結合を良好にするために設けられる。保護層２５は、その下の各層を保護するための層である。
【００５０】
下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍである。下地層２１としては、例えば、Ｔａ層と、ＮｉＣｒ層、ＮｉＦｅ層あるいはＮｉＦｅＣｒ層との積層体が用いられる。
【００５１】
反強磁性層３１の厚さは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層３１は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種ＭIIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素ＭIIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層３１は、そのどちらにより構成されていてもよい。
【００５２】
なお、非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。
【００５３】
強磁性層３２では、反強磁性層３１との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。強磁性層３２は、例えば、反強磁性層３１側から順に、第１の強磁性層、結合層および第２の強磁性層を、この順に積層した構造を有している。第１の強磁性層および第２の強磁性層は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成されている。特に、この強磁性材料の（１１１）面は積層方向に配向していることが好ましい。第１および第２の強磁性層を合わせた厚さは、例えば１．５〜５ｎｍである。第１および第２の強磁性層は、反強磁性結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。
【００５４】
強磁性層３２における結合層の厚さは、例えば０．２〜１．２ｎｍである。結合層は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この結合層は、第１および第２の強磁性層の間に反強磁性交換結合を生じさせ、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。
【００５５】
トンネルバリア層２３は、トンネル効果によりスピンを保存した状態で電子が通過できる非磁性絶縁層である。トンネルバリア層２３の厚さは、例えば０．５〜２ｎｍである。トンネルバリア層２３の材料としては、例えばＡｌ、Ｇｄ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、ＨｆまたはＺｒの酸化物または窒化物が用いられる。
【００５６】
自由層２４の厚さは、例えば１．０〜８．０ｎｍである。自由層２４は、単層で構成されていてもよいし、２つ以上の層によって構成されていてもよい。ここでは、自由層２４が２つの軟磁性層で構成される場合の例を挙げる。２つの軟磁性層のうち、トンネルバリア層２３側の層を第１の軟磁性層と呼び、保護層２５側の層を第２の軟磁性層と呼ぶ。
【００５７】
第１の軟磁性層の厚さは、例えば０．５〜３ｎｍである。第１の軟磁性層は、例えば、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１つを含む磁性材料により構成されている。
【００５８】
第２の軟磁性層の厚さは、例えば０．５〜８ｎｍである。第２の軟磁性層は、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｈ、ＭｏおよびＮｂからなる群のうち少なくともＮｉを含む磁性材料により構成されている。
【００５９】
保護層２５の厚さは、例えば０．５〜１０ｎｍである。保護層２５の材料としては、例えばＴａが用いられる。また、保護層２５は、Ｔａ層、Ｒｕ層等の組み合わせの２積層構造や、Ｔａ層、Ｒｕ層、Ｔａ層の組み合わせや、Ｒｕ層、Ｔａ層、Ｒｕ層の組み合わせ等の３積層構造としてもよい。
【００６０】
次に、図１に示した再生ヘッドの製造方法について説明する。この再生ヘッドの製造方法では、まず、絶縁層２の上に、めっき法等によって、所定のパターンの第１のシールド層３を形成する。次に、第１のシールド層３の上に、例えばスパッタ法によって、ＭＲ素子５を構成する各層となる膜を順に形成する。次に、これらの膜をエッチングによってパターニングして、ＭＲ素子５を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁膜７ａ、バイアス磁界印加層６、絶縁膜７ｂを順に形成する。次に、ＭＲ素子５および絶縁膜７ｂの上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、第２のシールド層８を形成する。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５および薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００６２】
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、自由層２４の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、強磁性層３２の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向に固定されている。
【００６３】
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層２４の磁化の方向が変化し、これにより、自由層２４の磁化の方向と強磁性層３２の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００６４】
次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法について説明する。このＭＲ素子５の製造方法は、下地層２１まで形成された基板１に対して、磁化固定層２２を形成する工程と、磁化固定層２２の上にトンネルバリア層２３を形成する工程と、トンネルバリア層２３の上に自由層２４を形成する工程と、自由層２４の上に保護層２５を形成する工程とを備えている。磁化固定層２２を形成する工程は、下地層２１の上に反強磁性層３１を形成する工程と、反強磁性層３１の上に強磁性層３２を形成する工程とを含んでいる。トンネルバリア層２３を形成する工程は、磁化固定層２２の上に非磁性金属材料よりなる層を形成する工程と、この非磁性金属材料よりなる層を酸化させてトンネルバリア層２３とする工程とを含んでいてもよい。あるいは、トンネルバリア層２３を形成する工程は、トンネルバリア層２３として、非磁性金属材料の酸化物よりなる層をスパッタ法等によって形成してもよい。
【００６５】
本実施の形態では、磁化固定層２２を形成する工程は、基板１の温度を０℃以上とした状態で磁化固定層２２を形成し、自由層２４を形成する工程は、基板１の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態で自由層２４を形成する。以下の説明では、「基板１の温度を０℃以上とした状態」を、「基板１が冷却されていない状態」と言い、「基板１の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態」を「基板１が冷却された状態」と言う。自由層２４を形成する工程において、基板は、例えば−７３℃以下の温度になるように冷却された状態とされる。
【００６６】
また、本実施の形態において、トンネルバリア層２３を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板１が冷却された状態（基板１の温度が０℃以下であって、且つ磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態）になっていてもよい。この場合、トンネルバリア層２３を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板１は、例えば−７３℃以下の温度になるように冷却された状態とされる。また、トンネルバリア層２３を形成する工程が、磁化固定層２２の上に非磁性金属材料よりなる層を形成する工程と、この非磁性金属材料よりなる層を酸化させてトンネルバリア層２３とする工程とを含む場合には、少なくとも、非磁性金属材料よりなる層を形成する工程では、基板１が冷却された状態になっていてもよい。
【００６７】
上記の「０℃」と「３０℃以上低い温度」の規定は、以下のような意味を持つ。スパッタ装置等の薄膜形成装置では、基板の昇温を避けるために、水冷機構を備えたものがある。磁化固定層２２を形成する工程において、水冷機構によって基板１を冷却した場合には、基板１の温度は０℃以上となる。従って、磁化固定層２２を形成する工程において、水冷機構によって基板１を冷却した状態というのは、「基板１の温度を０℃以上とした状態」、すなわち「基板１が冷却されていない状態」に該当する。
【００６８】
磁化固定層２２を形成する工程において、水冷機構によって基板１が０℃近くまで冷却される場合でも、「基板１が冷却された状態」は、磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態とされるので、磁化固定層２２を形成する工程における基板の状態とは明確に区別される。
【００６９】
次に、磁化固定層２２を形成する工程において、基板１の温度が２５℃近傍の常温の状態で磁化固定層２２が形成される場合を考える。この場合には、自由層２４を形成する工程やトンネルバリア層２３を形成する工程において、磁化固定層２２を形成する工程における基板１の温度よりも３０℃以上低い温度となるように基板１が冷却された状態にされれば、基板１の温度は０℃以下となり、確実に「基板１が冷却された状態」となる。
【００７０】
次に、磁化固定層２２を形成する工程において、基板１の温度が３０℃以上の状態で磁化固定層２２が形成される場合を考える。この場合には、自由層２４を形成する工程やトンネルバリア層２３を形成する工程において、基板１の温度が０℃以下とされれば、確実に「基板１が冷却された状態」となる。従って、この場合には、「基板１が冷却された状態」は、基板１の温度が０℃の場合も含む。
【００７１】
なお、「基板１が冷却されていない状態」と「基板１が冷却された状態」との間には、３０℃以上の温度差があるので、この２つの状態が、共に基板１の温度が０℃の状態になることはあり得ない。
【００７２】
上述のように、本実施の形態では、基板１が冷却されていない状態で磁化固定層２２を形成し、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成する。これにより、後で示す実験結果から分かるように、ＭＲ素子５のＭＲ比を大きくし且つ自由層２４の保磁力を小さくすることが可能になる。従って、本実施の形態によれば、大きなＭＲ比と大きな磁界感度とを有すると共に、安定した出力信号が得られるＭＲ素子５を実現することができる。
【００７３】
また、本実施の形態において、トンネルバリア層２３を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板１が冷却された状態となるようにすることにより、トンネルバリア層２３の平滑性を向上させることができる。これにより、薄く且つ均質のトンネルバリア層２３を形成することが可能になる。なお、トンネルバリア層２３の平滑性を向上させる方法には、トンネルバリア層２３を形成する工程のうち、少なくともその開始時点では、基板１が冷却された状態となるようにする方法以外の方法もある。例えば、トンネルバリア層２３を形成する前に、トンネルバリア層２３の下地となる強磁性層３２の表面をプラズマ処理することによっても、トンネルバリア層２３の平滑性を向上させることが可能である。
【００７４】
以下、本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法の効果を確認するために行った第１ないし第３の実験の結果について説明する。まず、第１の実験では、以下に示すＭＲ素子５の試料１〜４を作製し、これらのＭＲ比を求めた。試料１〜４は、ＭＲ素子５を構成する各層の構成は同じであるが、ＭＲ素子５を構成する各層の形成工程のうちのどの工程において基板１が冷却された状態になっているかが異なっているものである。
【００７５】
試料１〜４における各層の構成は、以下の通りである。下地層２１は、厚さ５ｎｍのＴａ層と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅ層の積層体である。反強磁性層３１は、ＰｔＭｎ（Ｐｔ：５０原子％、Ｍｎ：５０原子％）よりなる厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎ層である。強磁性層３２は、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ層と厚さ０．８ｎｍのＲｕ層と厚さ３ｎｍのＣｏＦｅ層の積層体である。なお、強磁性層３２中のＣｏＦｅ層は、ＣｏＦｅ（Ｃｏ：７０原子％、Ｆｅ：３０原子％）よりなる。トンネルバリア層２３は、Ａｌ層を酸化処理して形成された厚さ約１ｎｍのＡｌ酸化物層である。自由層２４は、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ層と厚さ３ｎｍのＮｉＦｅ層の積層体である。なお、自由層２４中のＣｏＦｅ層はＣｏＦｅ（Ｃｏ：３０原子％、Ｆｅ：７０原子％）よりなる。保護層２５は、厚さ１０ｎｍのＴａ層である。各層は、スパッタ法によって形成した。
【００７６】
図８は、試料１〜４の作製時において、ＭＲ素子５を構成する各層の形成工程のうちのどの工程において基板１が冷却された状態になっているかを示す説明図である。図８において、塗りつぶされたバーは、基板１が冷却された状態になっている期間を示している。図８に示したように、試料１の作製時には、反強磁性層３１および強磁性層３２からなる磁化固定層２２の形成工程と自由層２４の形成工程では基板１は冷却されていない状態になっており、トンネルバリア層２３の形成工程のうち、少なくともその開始時点では、基板１は冷却された状態になっている。試料２の作製時には、自由層２４の形成工程では基板１は冷却されていない状態になっており、磁化固定層２２の形成工程と、トンネルバリア層２３の形成工程のうちの少なくともその開始時点では、基板１は冷却された状態になっている。試料３の作製時には、磁化固定層２２の形成工程、トンネルバリア層２３の形成工程のうちの少なくともその開始時点、および自由層２４の形成工程において基板１は冷却された状態になっている。試料４の作製時には、磁化固定層２２の形成工程では基板１は冷却されていない状態になっており、トンネルバリア層２３の形成工程のうちの少なくともその開始時点と、自由層２４の形成工程では基板１は冷却された状態になっている。
【００７７】
なお、基板１の冷却は、以下の方法で行った。まず、基板１およびその上に形成された複数の層からなる積層体を、冷却用真空室に搬送し、この冷却用真空室内で、−２２３℃の温度となるように冷却された冷却トラップ上に、基板１と冷却トラップとの密着性を高めるためのシートを介して基板１を固定した。そして、この状態を、基板１の温度が−７３℃以下になるまで保持した。
【００７８】
試料１〜４のＭＲ比を下記の表に示す。なお、試料１〜４の抵抗値はほぼ等しい。
【００７９】
【表１】
2006286669.tif 000003
【００８０】
試料１と試料２のＭＲ比を比較すると分かるように、磁化固定層２２の形成工程において基板１が冷却された状態になっていると、磁化固定層２２の形成工程において基板１が冷却されていない状態になっている場合に比べて、ＭＲ比が低下する。これは、磁化固定層２２の形成工程において基板１が冷却された状態になっていると、磁化固定層２２における結晶粒径が小さくなり、反強磁性層３１と強磁性層３２との交換結合によって磁化の方向を固定する効果が低下するためと考えられる。磁化固定層２２の形成工程と自由層２４の形成工程の両方において基板１が冷却された状態にされて作製された試料３では、試料２に比べるとＭＲ比が大きくなっているが、試料１に比べるとＭＲ比が小さくなっている。これに対し、磁化固定層２２の形成工程では基板１が冷却されていない状態にされ、自由層２４の形成工程では基板１が冷却された状態にされて作製された試料４では、他の試料１〜３のいずれよりもＭＲ比が大きくなっている。このことから、基板１が冷却されていない状態で磁化固定層２２を形成し、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成することにより、ＭＲ素子５のＭＲ比を大きくすることができることが分かる。
【００８１】
また、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成することにより、自由層２４の保磁力を小さくすることが可能になる。このことを、第２の実験と第３の実験の結果を参照して詳しく説明する。
【００８２】
第２の実験では、以下に示す試料５〜７を作製した。試料５の構成は、ＭＲ素子５の構成に類似しているが、トンネルバリア層２３の代わりにＡｌ層が設けられている点で、ＭＲ素子５の構成とは異なる。試料６、７の構成は、ＭＲ素子５の構成になっている。試料５〜７における各層の構成は、以下の通りである。下地層２１は、厚さ５ｎｍのＴａ層と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅ層の積層体である。反強磁性層３１は、ＰｔＭｎ（Ｐｔ：５０原子％、Ｍｎ：５０原子％）よりなる厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎ層である。強磁性層３２は、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ層と厚さ０．８ｎｍのＲｕ層と厚さ３ｎｍのＣｏＦｅ層の積層体である。なお、強磁性層３２中のＣｏＦｅ層は、ＣｏＦｅ（Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％）よりなる。試料５におけるＡｌ層の厚さは１ｎｍである。試料６、７におけるトンネルバリア層２３は、厚さ１ｎｍのＡｌ層を酸化処理して形成されたＡｌ酸化物層である。なお、Ａｌ層の酸化処理は、酸素雰囲気中で５分間行った。試料５〜７における自由層２４は、ＣｏＦｅ（Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％）よりなる厚さ１ｎｍのＣｏＦｅ層である。また、試料５〜７は、自由層２４の上に形成された、厚さ１ｎｍのＡｌ層を備えている。試料５、６では、自由層２４の形成工程において基板１は冷却されていない状態になっている。試料７では、自由層２４の形成工程において基板１は冷却された状態になっている。各層は、スパッタ法によって形成した。
【００８３】
下記の表は、試料５〜７におけるＡｌ層の酸化処理の有無と自由層２４の形成時の基板１の状態を示している。なお、下記の表において、「冷却」とは、冷却された状態を表し、「非冷却」とは、冷却されていない状態を表している。
【００８４】
【表２】
2006286669.tif 000004
【００８５】
第２の実験では、以下のようにして、試料５〜７における自由層２４の状態を分析した。まず、試料５〜７について、Ｘ線光電子分光分析によって、７７０ｅＶから８００ｅＶの結合エネルギーの範囲におけるスペクトルを観察した。Ｘ線光電子分光分析によって得られるＣｏのスペクトルでは、７８０ｅＶ付近において強度のピークが出現する。Ｃｏが酸化している場合には、スペクトルにおいて、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度が増加する。なお、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーは、７８０ｅＶよりも高い。従って、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度を比較することにより、試料５〜７における自由層２４の酸化の程度を知ることができる。第２の実験では、試料５のスペクトルを基準にして、試料６、７のスペルトクルから、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度を求めた。
【００８６】
このようにして求めたＣｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度を、図９に示す。ここでは、試料５のスペクトルを基準にしているので、試料５における強度は０になっている。試料６では、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度が大きくなっている。試料７では、試料６に比べて、Ｃｏ酸化物に対応したエネルギーにおける強度が大幅に減少している。試料６は、Ａｌ層の酸化処理を行ってトンネルバリア層２３を形成し、基板１が冷却されていない状態でトンネルバリア層２３の上に自由層２４を形成したものである。試料７は、Ａｌ層の酸化処理を行ってトンネルバリア層２３を形成し、基板１が冷却されている状態でトンネルバリア層２３の上に自由層２４を形成したものである。
【００８７】
この第２の実験の結果から、以下のことが分かる。Ａｌ層の酸化処理を行ってトンネルバリア層２３を形成し、このトンネルバリア層２３の上に自由層２４を形成すると、自由層２４の酸化が生じる。これは、トンネルバリア層２３から自由層２４へ酸素が拡散するためであると考えられる。基板１が冷却されていない状態で自由層２４を形成すると、自由層２４の酸化が顕著に発生する。これに対し、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成すると、自由層２４の酸化が大幅に抑制される。自由層２４の酸化の程度は、自由層２４の保磁力に影響を与えると考えられる。
【００８８】
第３の実験では、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成することによって、自由層２４の保磁力を小さくすることができることを確認した。第３の実験では、以下のようにして、試料１１〜１６および試料２１〜２６を作製した。いずれの試料においても、熱酸化膜付シリコン基板の上に厚さ５ｎｍのＴａ層を形成し、このＴａ層の上に厚さ２．５ｎｍのＣｕ層を形成し、このＣｕ層の上に厚さ１ｎｍのＡｌ層を形成した。試料によって、このＡｌ層の酸化処理の有無および酸化処理の時間が異なる。試料１１、１４、２１、２４では、Ａｌ層の酸化処理を行っていない。試料１２、１５、２２、２５では、酸素雰囲気中で５分間、Ａｌ層の酸化処理を行った。試料１３、１６、２３、２６では、酸素雰囲気中で１０分間、Ａｌ層の酸化処理を行った。次に、いずれの試料においても、Ａｌ層（酸化処理されたものも含む）の上に厚さ３ｎｍの磁性層を形成し、この磁性層の上に厚さ５ｎｍのＴａ層を形成した。試料によって磁性層の組成と磁性層形成時の基板の状態が異なる。試料１１〜１６における磁性層は、ＣｏＦｅ（Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％）によって形成されている。試料２１〜２６における磁性層は、ＣｏＦｅ（Ｃｏ：３０原子％、Ｆｅ：７０原子％）によって形成されている。また、試料１１〜１３、２１〜２３では、磁性層形成時に基板は冷却されていない状態になっている。試料１４〜１６、２４〜２６では、磁性層形成時に基板は冷却された状態になっている。酸化処理されたＡｌ層はトンネルバリア層２３に対応し、磁性層は自由層２４に対応する。なお、下記の表において、「冷却」とは、冷却された状態を表し、「非冷却」とは、冷却されていない状態を表している。
【００８９】
試料毎に異なる条件を、以下の表に示す。Ａｌ層の酸化処理時間が０というのは、酸化処理を行っていないことを表す。
【００９０】
【表３】
2006286669.tif 000005
【００９１】
試料１１〜１６の保磁力を図１０に示し、試料２１〜２６の保磁力を図１１に示す。図１０および図１１において、横軸はＡｌ層の酸化処理時間を表し、縦軸は磁性層の保磁力を表している。なお、点の近傍に記載した数字は、試料の番号を表している。
【００９２】
図１０および図１１から、以下のことが分かる。まず、Ａｌ層の酸化処理を行わなかった場合には、磁性層形成時の基板の状態の違いによる磁性層の保磁力の違いはほとんどない。Ａｌ層の酸化処理を行った場合には、磁性層形成時に基板が冷却されていない状態になっていると、磁性層の保磁力は顕著に増加するが、磁性層形成時に基板が冷却された状態になっていると、磁性層の保磁力の増加が抑制される。
【００９３】
第２の実験と第３の実験から、基板１が冷却された状態で自由層２４を形成することにより、自由層２４の酸化を抑制して、自由層２４の保磁力を小さくすることできることが分かる。
【００９４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。
【００９５】
また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【００９６】
また、本発明の製造方法によって製造される磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに限らず、磁気センサ等の他の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施の形態における再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるスライダを示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態における磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態における磁気ディスク装置の平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るＭＲ素子の製造方法の効果を確認するために行った第１の実験について説明するための説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係るＭＲ素子の製造方法の効果を確認するために行った第２の実験の結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るＭＲ素子の製造方法の効果を確認するために行った第３の実験の結果を示す特性図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係るＭＲ素子の製造方法の効果を確認するために行った第３の実験の結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…基板、２…絶縁層、３…第１のシールド層、５…ＭＲ素子、６…バイアス磁界印加層、７…絶縁層、８…第２のシールド層、２２…磁化固定層、２３…トンネルバリア層、２４…自由層、３１…反強磁性層、３２…強磁性層。
【図１】
2006286669.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006286669.tif 000013
【図９】
2006286669.tif 000014
【図１０】
2006286669.tif 000015
【図１１】
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